DE19623998C1 - Reformierungsreaktor mit Katalysatorpelletschüttung, insbesondere zur Wasserdampfreformierung von Methanol - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Reformierungsreaktor, der einen Reaktionsraum beinhaltet, in den eine Katalysatorpellet­ schüttung eingebracht ist, die von einem Sieb getragen wird.

Reformierungsreaktoren sind in vielerlei Ausführungen bekannt und dienen beispielsweise zur Gewinnung von Wasserstoff mittels Wasserdampfreformierung von Methanol, der z. B. als Brennstoff für eine Brennstoffzellenanordnung genutzt werden kann. Refor­ mierungsreaktoren mit Katalysatorpelletschüttung sind z. B. in den Offenlegungsschriften DE 44 20 752 A1 und DE 44 23 587 A1 offenbart. Eine mobile Anwendung besteht in der Anordnung eines solchen Reformierungsreaktors in einem brennstoffzellenbetriebe­ nen Kraftfahrzeug.

In der lose in den Reaktionsraum eingebrachten Katalysatorpel­ letschüttung kann es zu einer Bewegung der einzelnen Pellets ge­ geneinander kommen, was beispielsweise durch das Aufwirbeln von frei beweglichen Pellets an der Oberseite der Pelletschüttung aufgrund des durch die Pelletschüttung hindurchgeführten Gas­ stroms oder speziell bei mobilen Anwendungen in Kraftfahrzeugen durch Erschütterungen des Fahrzeugs verursacht sein kann. Diese Bewegung der einzelnen Pellets gegeneinander kann zum Brechen einzelner Pellets und/oder zum Entstehen von Pelletstaubparti­ keln durch Abrieb der Pellets aneinander führen. Es besteht da­ her die Gefahr, daß durch Pelletbruchstücke oder Pelletstaubpar­ tikel Verstopfungen entlang des Gasströmungsweges des Reaktors auftreten. Derartige Verstopfungen können einen erhöhten Druck­ abfall über den Reformierungsreaktor hinweg verursachen und da­ durch zu einer Verschlechterung der Reformierungseigenschaften führen.

Reformierungsreaktoren der eingangs genannten Art, bei denen die Katalysatorpelletschüttung von einem Sieb getragen wird, sind in den Offenlegungsschriften JP 2-120203 (A) und JP 63-129002 (A) gezeigt. Bei diesen bekannten Reaktoren schließt sich unterhalb des Siebs ein leerer Auslaßraum an, von dem seitlich ein Auslaß ausmündet, über den das Reformat den Reformierungsreaktor ver­ läßt.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Reformierungsreaktors der eingangs genannten Art zugrunde, bei dem Maßnahmen gegen Verstopfungen durch Pelletbruchstücke oder Pelletstaubpartikel im Gasströmungsweg getroffen sind und der sich für mobile Anwendungen, z. B. zur Gewinnung von Wasser­ stoff als Brennstoff für ein brennstoffzellenbetriebenes Kraft­ fahrzeug, besonders eignet.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Reformierungsreaktors mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Bei diesem Reformierungsreaktor ist die Katalysatorpelletschüt­ tung von einem Sieb getragen, mit der Pelletbruchstücke und Pel­ letstaubpartikel aus der Pelletschüttung ausgesiebt werden, in­ dem sie aufgrund ihrer Schwerkraft nach unten durch das Sieb fallen. Es versteht sich, daß zu diesem Zweck die Maschenweite des Siebs so gewählt ist, daß sie einerseits kleiner als die Ab­ messung unbeschädigter Pellets und andererseits größer als die Abmessungen von Pelletbruchstücken und Pelletstaubpartikeln ist.

Mit den ausgesiebten Pelletbruchstücken und Pelletstaubpartikeln kann getrennt von der Pelletschüttung in geeigneter Weise weiter verfahren werden, so daß sich eine Verstopfung durch die Pellet­ bruchstücke oder die Pelletstaubpartikel im Gasführungsweg des Reaktors verhindern läßt. Ein solchermaßen aufgebauter Reformie­ rungsreaktor eignet sich besonders auch für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, wo die Gefahr der Entstehung von Pelletbruch­ stücken und Pelletstaubpartikeln aufgrund der Erschütterungen des Fahrzeugs im Fahrbetrieb besonders groß ist.

Mittels eines unter dem Sieb angeordneten Metallvlieses können die durch das Sieb ausgesiebten Pelletbruchstücke aufgefangen werden. Da sich das Metallvlies im Reaktionsraum befindet, kön­ nen die dadurch aufgefangenen Pelletbruchstücke weiterhin ihre katalytische Wirkung entfalten, ohne Verstopfungen zu verursa­ chen.

Bei einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Reformierungsreaktor ist das Metallvlies mit Abstand unterhalb des Siebs und damit unter Belassung eines entsprechenden Zwischenraums angeordnet, in den z. B. ein seitlicher Reaktionsraumanschlußbereich münden kann, der je nach Bedarf als Gaseinlaß- oder Gasauslaßbereich dienen kann. Dies verhindert ein Verstopfen des Gaseinlaß- bzw. Gasauslaßbereichs durch Pelletbruchstücke auch bei voller Bele­ gung des als Rückhaltefilter für die durch das Sieb hindurchge­ tretenen Pelletbruchstücke wirkenden Metallvlieses.

In weiterer Ausgestaltung dieses Reformierungsreaktors ist gemäß Anspruch 3 das Metallvlies herausnehmbar in den Reaktionsraum eingebracht. Damit ist es möglich, das Metallvlies bei Bedarf von den aufgefangenen Pelletbruchstücken zu reinigen.

Ein nach Anspruch 4 weitergebildeter Reformierungsreaktor be­ sitzt ein extern reinigbares Filter in einem Reaktionsraum­ anschlußbereich, der sich unterhalb des Niveaus des Siebs befin­ det und auf das Ausfiltern feiner Pelletstaubpartikel hin ausge­ legt ist. Damit können sehr kleine, leichte Pelletstaubpartikel abgefangen werden, die möglicherweise aufgrund ihrer geringen Schwerkraft vom Gasstrom mitgerissen werden, ohne sich auf dem Metallvlies abzusetzen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Längsschnitt­ ansicht durch einen Teil eines Reaktionsraums eines Re­ formierungsreaktors zur Wasserdampfreformierung von Methanol.

Der teilweise gezeigte Reaktionsraum beinhaltet einen oberen Re­ aktionsraumabschnitt (1a), der mit einer Katalysatorpelletschüt­ tung (2), z. B. aus einem Cu/ZnO/Al₂O₃-Material, angefüllt ist, was nur andeutungsweise gezeigt ist. Die Katalysatorpelletschüt­ tung (2) ist von einer Siebplatte (3) getragen, die den oberen Reaktionsraumabschnitt (1a) von einem darunterliegenden Reak­ tionsraumabschnitt (1b) trennt. Die Maschenweite der Siebplatte (3) ist so gewählt, daß Pelletbruchstücke und Pelletstaubparti­ kel, die durch Brechen von Pellets und Abrieb der Pellets anein­ ander entstehen, aufgrund ihrer Schwerkraft durch die Siebplatte (3) nach unten hindurchfallen können, während die unbeschädigten Pellets größer als die Maschenweite der Siebplatte (3) sind. Auf diese Weise werden durch die Siebplatte (3) Pelletbruchstücke und Pelletstaubpartikel, die sich beispielsweise aufgrund von Erschütterungen des Reformierungsreaktors oder durch Aufwirbeln frei beweglicher Pellets in der Pelletschüttung (2) bilden, aus derselben ausgesiebt und gelangen in den unteren Reaktionsraum­ abschnitt (1b). Dort werden sie von dem Metallvlies (4) aufge­ fangen. Da sich das Metallvlies (4) noch innerhalb des Reakti­ onsraums befindet, können die darin aufgefangenen Pelletbruch­ stücke und Pelletstaubpartikel vorteilhafterweise weiterhin ihre katalytische Wirkung für die Reformierungsreaktion ausüben.

Unterhalb des Niveaus der Siebplatte (3) und über dem Niveau des Metallvlieses (4) ist ein seitlicher Reaktionsraumanschlußbe­ reich (5) vorgesehen, der je nach Bedarf als Gaseinlaß- oder Gasauslaßbereich dienen kann. In diesen Bereich (5) ist ein ab­ nehmbares Filter (6) eingebracht. Dieses Filter (6) ist so aus­ gelegt, daß es auch sehr feine Pelletstaubpartikel zurückzuhal­ ten vermag, die gegebenenfalls aufgrund ihrer geringen Schwer­ kraft von der Gasströmung mitgerissen werden, ohne sich auf dem Metallvlies (4) abzusetzen. Das Filter kann nach Abnehmen vom Reaktionsraumanschlußbereich (5) extern von den abgefangenen Pelletstaubpartikeln gereinigt werden. Analog kann das Metall­ vlies (4) bei Bedarf über den Reaktionsraumanschlußbereich (5) aus dem Reaktionsraum herausgenommen und von den aufgefangenen Pelletbruchstücken und Pelletstaubpartikeln gereinigt werden.

Durch das Aussieben der Pelletbruchstücke und Pelletstaubparti­ kel aus der Pelletschüttung (2) mittels der Siebplatte (3) und das Auffangen derselben mittels des Metallvlieses (4) und des Filters (6) wird zuverlässig verhindert, daß es zu Verstopfungen im Gasführungsweg des Reaktors durch solche Pelletbruchstücke oder Pelletstaubpartikel kommen kann. Der Reaktor eignet sich daher besonders gut auch für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, wo sich erschütterungsbedingt in hohem Maße solche Pelletbruchstücke und Pelletstaubpartikel bilden können.

Es versteht sich, daß der Reformierungsreaktor mehrere parallel oder in Serie geschaltete Reaktionsräume beinhalten kann, von denen wenigstens ein Teil in der gezeigten Weise aufgebaut ist.

Beispielsweise kann für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug mit PEM-Brennstoffzellen ein dreistufiger Rohrbündelreaktor zur Ge­ winnung des als Brennstoff für die Brennstoffzellen dienenden Wasserstoffs vorgesehen sein, von dem jedes Reaktionsrohr in der erfindungsgemäßen Weise mit einer von einem Sieb zum Aussieben von Pelletbruchstücken und Pelletstaubpartikel getragenen Kata­ lysatorpelletschüttung befüllt ist.

Claims (5)

1. Reformierungsreaktor, insbesondere zur Wasserdampfreformie­ rung von Methanol, mit

• - einem Reaktionsraum, in den eine Katalysatorpelletschüttung (2) eingebracht ist, die von einem Sieb (3) getragen wird,

gekennzeichnet durch

• - ein im Reaktionsraum unterhalb des auf das Aussieben von Pelletbruchstücken und Pelletstaubpartikeln ausgelegten Siebs (3) angeordnetes Metallvlies (4) zum Auffangen der ausgesiebten Pelletbruchstücke und Pelletstaubpartikel.

2. Reformierungsreaktor nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Metallvlies (4) unter Belassung eines Zwischenraums mit Ab­ stand unterhalb des Siebs (3) angeordnet ist.

3. Reformierungsreaktor nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch, gekennzeichnet, daß das Metallvlies (4) herausnehmbar in den Reaktionsraum einge­ bracht ist.

4. Reformierungsreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß in einem Reaktionsraumanschlußbereich (5), der unterhalb des Niveaus des Siebs (3) in den Reaktionsraum mündet, ein extern reinigbares Filter (6) zum Ausfiltern feiner Pelletstaubpar­ tikel vorgesehen ist.